راز 500 میلیون ساله مغز؛ ما دو مغز کاملاً جداگانه در سر داریم!
به گزارش بانو هما، مغز انسان برخلاف تصور سنتی یک عضو یکپارچه نیست، بلکه از پیوند دو بخش مجزا با منشأ تکاملی کاملاً متفاوت شکل گرفته است. یافتەهای تازه پژوهشگران دانشگاه استنفورد (Stanford University) نشان می دهد که بخش های جلویی و پشتی مغز انسان از دو سلول بنیادی کاملاً متمایز منشأ می گیرند. فهم این مسئله می تواند راه درمان بیماری های عصبی و عضلانی سختی مانند بیماری نورون حرکتی (Motor Neuron Disease یا MND) را روشن کند.
ساختار مغز انسان پیچیده ترین سامانه زیستی شناخته شده در دنیا است و همین ویژگی باعث شده کوشش برای بازفراوری سلول های آن در محیط آزمایشگاهی همیشه با بن بست های سنگین روبه رو گردد. در حالی که ساخت ارگان های پیوندی در آزمایشگاه پیشرفت فراوانی داشته، کشت سلول های مغز پسین (Hindbrain) همیشه یک معما بود. علت اصلی این شکست، فرضیه نادرستی بود که از دهه 1950 میلادی بر دنیای عصب شناسی سایه انداخته بود؛ فرضیه ای که ادعا می کرد همه بخش های مغز از یک سلول اولیه یگانه سرچشمه می گیرند.
کشف سلول های منشأ متفاوت در جنین
پژوهشگران هنگام آنالیز مراحل اولیه تشکیل مغز در جنین موش ها دریافتند که دو گروه سلولی کاملاً متفاوت وظیفه شکل دهی به بخش های مختلف را بر عهده دارند. این سلول ها که اکتودرم عصبی قدامی (Anterior Neural Ectoderm یا aNE) و اکتودرم عصبی خلفی (Posterior Neural Ectoderm یا pNE) نامیده می شوند، ظرف دو روز اول پس از آغاز تمایز سلولی ظاهر می شوند.
ژن Gbx2 در سلول های pNE فعال می گردد، در حالی که سلول های aNE ژن Otx2 را بیان می نمایند. همین تفاوت ژنتیکی باعث می گردد بخش aNE به مغز جلو و مغز میان تبدیل گردد و بخش pNE مغز پسین را بسازد.
این دو گروه سلولی با اینکه به یکدیگر وابسته هستند، اما هرگز با هم همپوشانی پیدا نمی نمایند و ساختار کروماتین (Chromatin) آن ها کاملاً متفاوت تنظیم شده است. جالب اینکه آزمایش ها نشان داد اگر دانشمندان بخواهند سلول های pNE را به نورون های مغز جلو تبدیل نمایند یا برعکس، سلول ها مقاومت نموده و این تغییر نقش را نمپذیرند.
| ویژگی ساختاری | مغز جلو و میان (Forebrain & Midbrain) | مغز پسین (Hindbrain) |
|---|---|---|
| سلول منشأ جنینی | اکتودرم عصبی قدامی (aNE) | اکتودرم عصبی خلفی (pNE) |
| ژن شاخص و کلیدی | Otx2 | Gbx2 |
| وظایف اصلی در بدن | تفکر انتزاعی، منطق، هنر و پردازش های پیچیده | تنفس، بلع، حرکت، خواب و تنظیم اشتها |
| انعطاف پذیری تغییر نقش سلولی | قابلیت جابه جایی و تغییر نقش میان بخش جلو و میان | عدم امکان تبدیل به سلول های بخش جلویی مغز |
شکست فرضیه های قدیمی و افق های تازه درمان
کوشش های قبلی برای فراوری نورون های مغز پسین از سلول های بنیادی به این علت ناکام می ماند که دانشمندان می خواستند سلول های پیش ساز مغز جلو را به سلول های مغز پسین تبدیل نمایند. وقتی محققان استنفورد متوجه این تفکیک بنیادی در زیست شناسی جنینی شدند، مسیر متفاوتی را در پیش گرفتند.
آن ها توانستند سلول های بنیادی پرتوان را به نورون های حرکتی مغز پسین تبدیل نمایند که مسئول کنترل عضلات صورت و بلع هستند. این دستاورد برای بیماری های سختی مانند آتروفی عضلانی نخاعی (Spinal Muscular Atrophy) نوع 1 که بچه ها را پیش از دو سالگی از پا درمی آورد یا بیماری ALS بسیار معین نماینده است. یکی از نمونه های مشهور آسیب به این بخش، فیزیک دان برجسته استیون هاوکینگ بود که سال ها با اختلال در نورون های حرکتی دست وپنجه نرم کرد.
منشأ 500 میلیون ساله و شباهت به عروس دریایی
تکامل مستقل بخش های مغز انسان ریشه ای بسیار کهن دارد و حتی در جانوران ساده ای مانند عروس دریایی نیز دیده می گردد. سیستم عصبی عروس دریایی به جای اینکه در یک نقطه متمرکز باشد، از دو شبکه عصبی مجزا در دو سمت بدن تشکیل شده است.
تکامل در طول 500 میلیون سال، این دو سیستم عصبی مجزا را از نظر مکانی کنار هم قرار داده و در قالب یک عضو ظاهراً یکپارچه جمع نموده است.
این همگرایی آناتومیک مشابه اتفاقی است که در قلب رخ می دهد؛ قلب نیز از دو میدان سلولی موازی تشکیل می گردد که در نهایت یک عضو واحد را می سازند. با اینکه مغز یکپارچه از نظر مصرف انرژی بهینه تر است، بدن ما همچنان از این روش باستانی برای ساخت مغز بهره می برد.
اهمیت مغز پسین در تنظیم حیاتی بدن
مغز جلو مسئول تفکر انتزاعی، هنر، فلسفه و تعاملات اجتماعی است و انسان به داشتن آن افتخار می نماید، اما عملکرد مغز پسین برای بقا کاملاً حیاتی است. مغز پسین وظایف پایه ای مانند تنفس، بلع، حرکت، خواب و حتی تنظیم اشتها را کنترل می نماید.
داروهای مدرن کاهش وزن و تنظیم خواب مستقیماً این بخش از مغز را هدف قرار می دهند. کشت و آزمایش داروها روی سلول های واقعی مغز پسین در محیط آزمایشگاه، سرعت تحقیقات پزشکی را چند برابر خواهد نمود.
روشن شدن فرآیند تمایز سلول های مغزی نه تنها یک اشتباه علمی هفتاد ساله را اصلاح کرد، بلکه ابزار دقیقی برای بازسازی سلول های آسیب دیده عصب شناختی در اختیار دانشمندان قرار داد. پژوهشگران احتمال می دهند که مخچه (Cerebellum) نیز ممکن است از یک سلول منشأ سوم شکل گرفته باشد که این فرضیه موضوع تحقیقات آینده خواهد بود.
منبع: Nature Neuroscience
منبع: یک پزشک